在血管損傷出血時(shí)，需要血小板激動(dòng)劑（ADP和血栓素TXA2等）激活血小板促進(jìn)凝血。在病理?xiàng)l件下，血小板拮抗劑阿司匹林和雙嘧達(dá)莫可以抑制血栓形成，是臨床上用于心血管疾病治療的常用藥物。人類ABCC4蛋白屬于ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCC亞家族，不僅可以外排抗腫瘤、抗病毒和抗菌藥物，導(dǎo)致多藥耐藥性，而且還可以轉(zhuǎn)運(yùn)很多生理底物，參與重要的生理功能。ABCC4在血小板中表達(dá)量較高，參與轉(zhuǎn)運(yùn)血小板激動(dòng)劑和拮抗劑，因此是預(yù)防心血管疾病的潛在藥物靶標(biāo)。然而，ABCC4的三維結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)運(yùn)廣譜底物的分子機(jī)制未知。
近日，陳宇星教授和周叢照教授課題組利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了人類ABCC4蛋白無配基結(jié)合(apo form)、三種底物結(jié)合(激動(dòng)劑TXA2的類似物U46619、拮抗劑阿司匹林和雙嘧達(dá)莫)，以及同時(shí)結(jié)合U46619和ATP的三維結(jié)構(gòu)。基于結(jié)構(gòu)分析和生化實(shí)驗(yàn)，闡明了ABCC4結(jié)合廣譜底物以及識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)血小板激動(dòng)劑和拮抗劑的分子機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Structural insights into human ABCC4-mediated transport of platelet agonist and antagonist”為題于06月20日在線發(fā)表在《Nature Cardiovascular Research》上。并且，該雜志同期發(fā)表題為“Insights into platelet pharmacology from a cryo-EM structure of the ABCC4 transporter”的評(píng)論文章高度評(píng)價(jià)了該項(xiàng)工作，認(rèn)為ABCC4轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)解析是揭示血小板底物轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入致密體以及從血小板外排藥物關(guān)鍵分子機(jī)制的重要第一步，同時(shí)為理解血小板相互作用和特異性血小板拮抗劑的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
ABCC4在無配基和底物結(jié)合時(shí)呈現(xiàn)向內(nèi)開口（inward-facing）構(gòu)象，此時(shí)兩個(gè)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（NBD）相互分離，兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）形成一個(gè)朝向細(xì)胞質(zhì)液開放的兼容性底物結(jié)合口袋（圖一）。該結(jié)合口袋由中心的疏水腔和外圍的極性氨基酸組成，其中疏水腔負(fù)責(zé)穩(wěn)定底物的疏水核心，而極性氨基酸則與底物的極性基團(tuán)形成氫鍵相互作用。ATP結(jié)合使得兩個(gè)NBD發(fā)生二聚化，帶動(dòng)兩個(gè)TMD相互靠近，ABCC4由向內(nèi)開口構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)細(xì)胞質(zhì)液和細(xì)胞外均封閉的向外開口（outward-facing occluded）構(gòu)象（圖一）。通過結(jié)構(gòu)分析結(jié)合生化實(shí)驗(yàn)，我們證明血小板激活劑TXA2和拮抗劑阿司匹林均是ABCC4的底物，同時(shí)發(fā)現(xiàn)雙嘧達(dá)莫是ABCC4的強(qiáng)競(jìng)爭性抑制劑，進(jìn)而闡明了其與阿司匹林臨床聯(lián)用的分子機(jī)制。該研究不僅揭示了ABCC4識(shí)別廣譜底物的分子機(jī)制，而且為理性設(shè)計(jì)靶向ABCC4的血小板拮抗劑以及預(yù)防心血管疾病的藥物奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳宇星教授、周叢照教授和李瓊特任副研究員為該論文的共同通訊作者，博士生陳宇為該論文的第一作者。冷凍電鏡數(shù)據(jù)收集工作在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)冷凍電鏡中心完成。該研究工作得到科技部、中國科學(xué)院和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。
圖一 人類ABCC4蛋白的三維結(jié)構(gòu)及底物結(jié)合口袋
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44161-023-00289-9
評(píng)論文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s44161-023-00293-z
（生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、科研部）
